根據(jù)新華社5月25日的報道，近期日本山梨大學與早稻田大學的研究團隊 在電池領域取得了一項最新的重大突破：他們共同合作開發(fā)出了一種新型的全固態(tài)空氣蓄電池。

乍一聽，這個名字格外的拗口和高深。但其實通俗來說，這種材料就是使用鈣鈦礦材料 制造，電解質為固態(tài)，且不含任何液體的蓄電池。技術上，全固態(tài)空氣蓄電池使用的仍是“空氣電池”技術，利用空氣中的氧氣產生電流，也就更環(huán)保。

(資料圖片)

而這種新型的全固態(tài)空氣電池與常見的普通空氣電池有什么區(qū)別呢?

一、日本研制出全固態(tài)空氣蓄電池，多國關注

【1】全固態(tài)空氣蓄電池的問世

一般的普通空氣電池也是利用了空氣中的氧作為正極活性材料、金屬作為負極活性材 料，結合離子導電電解質而作用。但實際上在許多情況下，固態(tài)鋰空氣電池中的聚合物電解液是會出現(xiàn)液體泄漏、蒸發(fā)和著火等危險狀況的。

但新型的全固態(tài)空氣電池卻是采用二羥基苯醌及其聚合物作為氧化還原物，將質子作為 負極活性材料，質子導電聚合物薄膜來作為電解質， 其中每個環(huán)節(jié)和每份材料都不含有水分，也就不會出現(xiàn)水分導致的性能下降和危險狀況了。

更重要的是，新開發(fā)的全固態(tài)空氣電池無論是壽命、能量和安全性都更優(yōu)異于其它電 池，且充電速度也更快，彎折狀態(tài)下也能使用的特點使得它不僅僅適合用于電動汽車、 家庭能源儲備系統(tǒng)，以及航天器等大型設備，更是難得地適用在手機等小型電子設備上。

這種新型電池的用途廣泛到簡直是大殺四方， 一旦實際使用能力得到確認，可以量化產生，或許將在未來的電池領域確定霸主地位。

【2】這類型全固態(tài)空氣電池為何能飽受關注?

其實研究固態(tài)電池并非是什么新鮮“黑科技”了，且不說日本整個國家一直以來就在舉 全國之力研發(fā)，試圖彎道超車中國，跳過三元鋰電池和磷酸鋰電池直接進入鋰電池的終 極形態(tài)——全固態(tài)，就說說世界上最早的固態(tài)電池也早就在1990年誕生在了美國的橡樹嶺國家實驗室。

那為何此次日本研究團隊的成功仍然能引起國內外專業(yè)人士如此之大的關注呢?原因無 他，日本的這一研發(fā)很有突破性，且在未知條件下更具有威脅性。

由于當前披露的信息不夠多，大家只知道此次研發(fā)的全固態(tài)空氣電池避免了液態(tài)鋰離子 電池可能存在的泄露和燃燒風險。但不知道的是， 如果日本用作電池負極的直接就是金 屬鋰，而非現(xiàn)用的銅箔的話，那日本這一研發(fā)簡直就很有可能在電池領域碾壓多個國家。

因為金屬鋰容量高、電位低，所以金屬鋰用作負極的話可以提高近乎一半的能量密度。 而能量密度一提高就能解決不少能量焦慮問題：比如，用戶對于純電車的里程擔憂；大 型航空器也能實現(xiàn)電力或者更加省油的油電模式。而這種金屬鋰直接做負極的電池能比當前性能最好、最受歡迎的三元鋰電池能量密度高上足足一倍。

但為什么目前還沒有哪個國家或地方機構能實現(xiàn)完全的百分之百的使用金屬鋰作為電池 負極呢?因為金屬鋰雖然是最理想的負極材料，卻在反復充電過程中有著因易粉化、溶 解和沉積導致的循環(huán)性能差等致命毛病。要實現(xiàn)金屬鋰的理想性能，就勢必要解決這一問題。

當然，日方是否解決了問題這一點核心機謎目前尚未有所披露，官方的論文中也只是稱 其嘗試了分別用具有氧化還原活性的有機化合物2,5-二羥基-1,4-苯醌及該化合物的聚合 物來用作負極活性物質，其他再未提起。

二、固態(tài)電池，能否挑戰(zhàn)目前鋰電池的地位?

【1】新型電池在電車上的應用有什么優(yōu)勢?

首先要討論這一點，我們需要先了解的就是一旦全固態(tài)空氣蓄電池用在電車上，帶來的提升或者說進步能否達到驚人的效果。

當前主流的幾大動力蓄磷酸鐵鋰和三元鋰電池，而為了提升電池的性能，材料創(chuàng)新方面 也有著很大的進步：鈉離子電池、混合鋰金屬、無鈷電池等等都有。幾乎國內外的所有 電池材料與工程學者都認為，未來電池的歸宿就是全固態(tài)鋰空氣電池。而要實現(xiàn)這個最終歸宿就是一步一步走，從液體鋰電池到固態(tài)電池和鋰硫電池，再到鋰空氣電池。

截止到2021年數(shù)據(jù)，中國的三元鋰電池單體能量密度能實現(xiàn)280Wh/kg, 磷酸鐵鋰電池則是能達到170Wh/kg, 比十年前的能量密度提高了2倍多，成本卻少了85%。

而在此基礎上的推算，2025年的固態(tài)電池能量密度可達到700Wh/kg, 鋰硫電池甚至可 以達到2600Wh/kg。 如若2030年的鋰空氣全固態(tài)電池能實現(xiàn)的話，能量密度可完成3500Wh/kg。 這三個階段的對比可不是一丁半點的進步，而是翻倍增加啊。

當然，目前日本已經開發(fā)出了半固態(tài)電池，并且量產上市。2022年5月，國內國軒高科等 電池企業(yè)也紛紛發(fā)布了半固態(tài)電池，且其中的贛鋒鋰業(yè)甚至已經與東風汽車合作完成了 電池車的制作并投入使用。但半固態(tài)電池仍存在隱患：半固態(tài)意味著仍有液體存在，高溫之后也仍會出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象。

所以，朝著鋰空氣全固態(tài)電池進發(fā)依然是全體行業(yè)人的目標。就日產當前已研發(fā)出的疊 層軟包全固態(tài)電池而言，已經可以將鋰電池的能量密度提高一倍，充電速度提高三倍 了，更別說成本。根據(jù)日產官網公布，到2028年，他們要將電池成本降到每千瓦時75美 元，并且這不是最終的成本，在此基礎上之后還要往下再降，直至與當時匹配的電動車型和燃油車型價平衡。

這一切都是因為， 一旦鋰空氣全固態(tài)電池問世，將帶給車企最充足的底氣和資本。

【2】新型電池的優(yōu)勢會否帶動鋰電股價狂跌?

2021年，蔚來搭載了150kW 的固態(tài)電池的ET7 “硬件怪獸”上市之時，是引發(fā)了傳統(tǒng)鋰 電池多股遭受沖擊的。到了今年年初，各國電池企業(yè)的固態(tài)電池商業(yè)化趨勢越發(fā)明朗， 于是多家研發(fā)固態(tài)電池的上市公司股價直接漲到停板。

但是!固態(tài)電池股價被看好，并不意味著鋰電產業(yè)的衰敗和暴跌。只能說，明牌放上了 桌，敢不敢跟暗牌還要看多家企業(yè)的競爭力度了。畢竟，固態(tài)電池尚未實現(xiàn)商業(yè)化和大 規(guī)模量產，更別提還在藍圖之中的鋰空氣全固態(tài)了。

即使半固態(tài)電池規(guī)?；慨a，預計對現(xiàn)有鋰電產業(yè)也不會形成太大沖擊。因為半固態(tài)電 池本質上相較于鋰電池而言并不算是顛覆性創(chuàng)新產品，它的組成與原理上仍然需要電解 液和隔膜。在電解液環(huán)節(jié)上，所有的創(chuàng)新也都還只是改良版的物理形態(tài)改變而已，其中使用的溶質和技術也并沒有多大改變。

至于全固態(tài)電池需要多久才能來到市場? 原本豐田曾表示，固態(tài)電池能否迎來未來還在 于成本問題。但山梨大學oshimi Kubo教授和早稻田大學Takashi Goto教授的此次研究已經將全固態(tài)電池的雛形所變?yōu)楝F(xiàn)實，接下來的一步就是是否能解決金屬鋰的障礙了。

但是即使在未來解決了金屬鋰的問題，其在商業(yè)化上的廣泛應用也仍需要時間。而這段時間以內，中國的電池企業(yè)也并不是在干坐枯等。

我國有可以對抗日本電池的東西嗎?

正如前文所提到，中國的國軒高科、珈偉新能、天齊鋰業(yè)、贛鋒鋰業(yè)等多家電池企業(yè)已 經躋身國內固態(tài)電池龍頭股。當然，看重未來也不代表直接放棄當下。除了固態(tài)電池以 外，國內頗具優(yōu)勢的重點動力電池——三元鋰和磷酸鐵鋰電池都占據(jù)主導領先地位。尤 其寧德時代和比亞迪為首的眾多中國產商，甚至是特斯拉、蔚來、小鵬和理想等汽車的主要供應商。

而在電池能源領域之外，我國也一直有在研究用來作為補充的其他電車動力能源——就 如同近些年來一直被炒得比較火的“石墨烯電車”?；旧弦惶岬诫娷嚕还苁莾奢喌?還是四輪的，甚至哪怕是個三輪車，銷售商都會來上一句“我們這是石墨烯電池，效率快，污染低”,恨不得給電車加上“超高科技”的Buff 和標簽。

但事實上，此“石墨烯”非彼“石墨烯”。 清華大學康飛宇教授所帶領的團隊確實一直以來便聚焦于研究石墨烯的深加工技術，但人家團隊研究的是使用石墨烯來作為鋰電池 正極導電材料，而非直接添加進電池溶質中。 雖然石墨烯的確能夠提升電池的能量密 度，但根據(jù)廣汽研究院石墨烯應用研究創(chuàng)新工作站的實驗，石墨烯提升的能量密度有限，僅能實現(xiàn)5%到10%而已，與工作人員們所預期和希冀的20%到30%大有不同。

于是，石墨烯材質被研究人員們采用為添加劑和催化劑，在加強散熱和提升汽車電池功率密度上發(fā)揮了超大作用。

當然，“石墨烯電車”為假， "石墨烯+電池”為真，這并不意味著我國的新能源動力 電池優(yōu)勢會被直接碾壓，也不意味著我國沒有機會再引領固態(tài)電池產業(yè)的發(fā)展勢頭。

我國固態(tài)電池起步最早的幾家企業(yè)：寧德時代、輝能科技、贛鋒鋰業(yè)、衛(wèi)藍新能源、清陶新能源都非常重視這一類型電池，因為在新能源汽車備受歡迎的今天， 一旦掌握固態(tài)電池并實現(xiàn)量產那簡直就是可以直接“稱王稱霸”了。

寧德時代在2016年就已經開始了硫化物固態(tài)電池的研發(fā)，并且能實現(xiàn)30周循環(huán)依然能保 持電池容量82%。而據(jù)官方發(fā)言，寧德時代預計將在2030年實現(xiàn)全固態(tài)電池的商業(yè)化和工程化。

但寧德時代這在普通人看來進展并不算弱的現(xiàn)況，對比起輝能科技、贛鋒鋰業(yè)、清陶新 能源三家來已經算是落后那一位了：輝能科技早在2019年就與蔚來合作開啟了“定制 式”的固態(tài)電池包；贛鋒鋰業(yè)的第一代固態(tài)鋰電池試生產線也早在2019年開始動工；清陶新能源已經在2018年量產出了第一批固態(tài)電池產品。

全固態(tài)電池

鉀 同 陽 奶

可以說，在電池技術革命的市場上，不僅中外國家間在競爭，國家內部的企業(yè)里也在競 爭。摩根士丹利分析師亞當 ·約納斯曾發(fā)布研究報告表示： “固態(tài)電池固然可以代表能源 存儲的未來，但事實證明，實現(xiàn)這一目標的道路比我們和市場預期的更困難，也更遙遠?！?/p>

而鹿死誰手，只有時間知道。

參考資料：

日本山梨大學和早稻田大學合作的研究團隊開發(fā)出全固態(tài)空氣蓄電池，每日經濟新聞

吳憩棠、安富強：鋰離子蓄電池的未來發(fā)展方向，汽車與配件. 2011(05) 趙琚：全固態(tài)鋰電池失效機理的原位電子顯微學研究，燕山大學

趙宇龍、孫旭東：固態(tài)電池關鍵制造工藝綜述，汽車工藝師.2022(07) 高馳：鈉電池和固態(tài)電池，誰能更早迎來產業(yè)化?汽車與配件. 2023(03)

中國中車研制成功世界領先的大功率石墨烯超級電容，有色冶金節(jié)能.2016,32(01)

萬傳云、陳曉戈：鋰離子電池用石墨烯改性硅負極材料的研究進展，應用技術學報.2022,22(04)

韓宏偉：石墨烯在鋰離子電池領域研究現(xiàn)狀的分析，青?？萍? 2022,29(05)

尹麗梅、童海華：日產擬于2028年正式投產全固態(tài)電池行業(yè)巨頭加速布局“理 想電池”賽道，中國經營報

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